專利名稱：電化學(xué)制造結(jié)構(gòu)的多步釋放方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電化學(xué)制造和關(guān)聯(lián)的通過一層覆蓋一層地構(gòu)筑沉積材料而形成三維結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。具體而言，其涉及埋入在犧牲材料中的微結(jié)構(gòu)的形成，和經(jīng)由兩個或多個獨特的蝕刻操作從犧牲材料中釋放這些微結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
Adam L Cohen發(fā)明了一種從多個粘結(jié)層形成三維結(jié)構(gòu)(例如部件，元件，器件等)的技術(shù)，該技術(shù)是公知的電化學(xué)制造技術(shù)。該技術(shù)由California的Burbank的MEMGen公司商業(yè)化推廣，命名為EFABTM。在2000年2月22日公開的美國專利第6,027,630號中描述了此項技術(shù)。此項電化學(xué)沉積技術(shù)允許使用一種獨特的掩模技術(shù)選擇地沉積一種材料，該掩模技術(shù)包括使用掩模，該掩模包括位于支承結(jié)構(gòu)上的圖形化的適形材料，該支承結(jié)構(gòu)獨立于將在上面進行電鍍的襯底。當希望使用掩模執(zhí)行電沉積時，在電鍍液存在的同時使掩模的適形部分與襯底相接觸，因此掩模的適形部分與襯底的接觸禁止在選定的位置沉積。為了方便，這些掩模一般稱為適形接觸掩模；該掩模技術(shù)一般稱為適形接觸掩模電鍍工藝。更具體而言，在California的Burbank的MEMGen公司的術(shù)語中，這些掩模通常稱為INSTANT MASKTM以及此工藝稱為INSTANT MASKINGTM或INSTANT MASKTM電鍍。使用適形接觸掩模電鍍的選擇性沉積可用于形成單層材料或可用于形成多層結(jié)構(gòu)。專利6,027,630的教導(dǎo)中所提及的全部內(nèi)容以參考的方式合并于此。由于遞交了產(chǎn)生上述專利的專利申請，所以公開了各種有關(guān)適形接觸掩模電鍍(即，INSTANT MASK)和電化學(xué)制造的文獻
1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFABBatch production of functional，fully-dense metalparts with micro-scale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication，The University of Texas at Austin，p161，Aug.1998。
2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFABRapid，Low-Cost Desktop Micromachining of HighAspect Ratio True 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro ElectroMechanical Systems Workshop，IEEE，p244，Jan 1999。
3.A.Cohen，“3-D Micromachining by ElectrochemicalFabrication”，Micromachine Devices，March 1999。
4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld和P.Will，“EFABRapid Desktop Manufacturing of True 3-DMicrostructures”，Proc.2nd International Conference on IntegratedMicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.，Apr.1999。
5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostructures using a Low-Cost Automated Batch Process”，3rdinternational Workshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology(HARMST’99)，June 1999。
6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld和P.Will，“EFABLow-Cost，Automated Electrochemical BatchFabrication of Arbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining andMicrofabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium onMicromachining and Microfabrication，September 1999。
7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFABHigh Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostructures using a Low-Cost Automated Batch Process”，MEMSSymposium，ASME 1999 international Mechanical Engineering Congressand Exposition，November，1999。
8.A.Cohen，“Electrochemical Fabrication(EFABTM)”，Chapter19 of The MEMS Handbook，edited by Mohamed Gad-EL-Hak，CRCPress，2002。
9.“Microfabrication-Rapid Prototyping’s Killer Application”，pages1-5 of the Rapid Prototyping Report，CAD/CAM Publishing，Inc.，June1999。
這九個文獻的公開文件中所提及的全部內(nèi)容以參考的方式合并于此。
可以按照如在上述專利和公開文件中所提及的多種不同方式執(zhí)行電化學(xué)沉積工藝。在一種方式中，此工藝包括在形成將要形成的每層結(jié)構(gòu)期間執(zhí)行的三個分離的操作1.在襯底的一個或多個期望的區(qū)域上通過電沉積選擇地沉積至少一種材料。
2.然后，通過電沉積覆蓋沉積至少一種另外的材料，以使增加的沉積覆蓋先前選擇地沉積的區(qū)域和襯底的沒有接收到任何先前施加選擇性沉積的區(qū)域。
3.最后，平坦化這些在第一和第二操作期間沉積的材料，以制造期望厚度的第一層光滑表面，其具有至少一個含有該至少一種材料的區(qū)域和至少一個含有至少另一種材料的區(qū)域。
在形成第一層之后，緊貼著先前處理的層并粘附在該先前處理層的平滑表面形成一個或多個附加層。通過一次或多次重復(fù)第一至第三操作形成這些附加層，其中每個連續(xù)層的形成過程將先前形成的層和原始襯底視為新的增厚的襯底。
一旦完成了形成所有層的過程，通常通過蝕刻工藝去除沉積的多種材料的至少一種的至少一部分，以暴露或釋放希望形成的三維結(jié)構(gòu)。
執(zhí)行包含在第一操作中的選擇性電沉積的優(yōu)選方法是利用適形接觸掩模電鍍。在此類電鍍中，首先形成一個或多個適形接觸(CC)掩模。CC掩模包括在其上粘結(jié)或形成圖形化的適形介電材料的支承結(jié)構(gòu)。按照將要電鍍的材料的特定截面形成每一掩模的適形材料。對于將要被電鍍的每個獨特的橫截面圖形來說，需要至少一個CC掩模。
CC掩模的支承一般為由金屬形成的類似盤形的結(jié)構(gòu)，其將被選擇性地電鍍并且其中要電鍍的材料將被溶解。在此類典型方法中，該支承用作電鍍工藝中的陽極。在另一可選的方法中，該支承可用多孔的或別的有孔材料替代，在電鍍操作期間，在沉積材料從陽極末梢到沉積表面的路徑上沉積材料穿過該多孔材料。在另一個方法中，CC掩模能共用公用支承，即，用于電鍍多層材料的適形介電材料的多個圖形可位于單個支承結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域。當單個支承結(jié)構(gòu)包含多個電鍍圖形時，整個結(jié)構(gòu)稱為CC掩模，而單個電鍍掩模稱作“子掩模”。在目前的應(yīng)用中，只在涉及一個特定點時，才進行這樣的區(qū)分。
在執(zhí)行第一操作的可選擇的沉積的準備過程中，將該CC掩模的適形部分放置為對準并壓靠在襯底的選定的、在其上將進行沉積的部分(或在先前形成的層上或在一層的先前沉積部分上)。CC掩模和襯底之間的壓靠是以這樣的方式進行的CC掩模的適形部分中的所有孔穴容納電鍍液。接觸襯底的CC掩模的適形材料用作電沉積的屏障，而CC掩模中的填充電鍍液的孔穴是用作當加載合適的電勢和/或電流時，從陽極(例如，CC掩模的支承)將材料傳送到襯底的非接觸部分(其在電鍍操作期間用作陰極)的路徑。
在圖1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的一個例子。圖1(a)示出了CC掩模8的側(cè)視圖，CC掩模8由在陽極12上圖形化的適形或可變形的(例如，彈性體的)絕緣體10組成。該陽極具有兩個作用。圖1(a)也描述了與掩模8分離的襯底6。一個作用是作為用于圖形化的絕緣體10的支承材料，以維持其整體性和排列，由于該圖形可能具有拓撲的復(fù)雜性(即，包括絕緣體材料的隔離“島”)。另一個作用是作為電鍍操作的陽極。在圖1(b)中示出了CC掩模電鍍通過簡單地將絕緣體壓到襯底上，然后在絕緣體中穿過孔隙26a和26b電沉積材料而可選擇地將材料22沉積在襯底6上。在沉積之后，將CC掩模與襯底6分離，最好是不破壞它，如圖1(c)所示。CC掩模電鍍處理與“貫穿-掩?！彪婂兲幚硐鄥^(qū)別，由于在貫穿-掩模電鍍(through-mask plating)工藝中，會發(fā)生掩模材料從襯底上破壞性地分離。由于對于貫穿-掩模電鍍，CC掩模電鍍可選擇地和同時地在整個層上沉積材料。電鍍區(qū)域可由一個或多個分離的電鍍區(qū)域組成，這些分離的電鍍區(qū)域可屬于正在形成的單個結(jié)構(gòu)或?qū)儆谡谕瑫r形成的多個結(jié)構(gòu)。在CC掩模電鍍中由于各個掩模在去除工藝中沒有被有意地破壞，所以可在多個電鍍操作中使用。
在圖1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的另一個例子。圖1(d)示出了與掩模8′分離開的陽極12′，掩模8′包括圖形化的適形材料10′和支承結(jié)構(gòu)20。圖1(d)也描述了與掩模8′分離的襯底6。圖1(e)給出了與襯底6相接觸的掩模8′。圖1(f)給出了由電流從陽極12′流到襯底6所產(chǎn)生的沉積22′。圖1(g)給出了在與掩模8′分離之后的襯底6上的沉積22′。在此例中，將一種合適的電解液定位在襯底6和陽極12′之間，來自溶液或陽極中的一個或來自兩者的離子流從掩模中的開口流到沉積材料的襯底。此類掩?？煞Q為非陽極(anodeless)INSTANT MASKTM(AIM)或非陽極適形接觸(ACC)掩模。
不像貫穿-掩模電鍍，CC掩模電鍍允許將要形成的CC掩模完全與在其上將要發(fā)生電鍍的襯底的制造過程分離(例如，與正在被形成的三維(3D)結(jié)構(gòu)分離)?？梢杂酶鞣N方式形成CC掩模，例如，可以使用光刻工藝。在結(jié)構(gòu)制造前而不是在結(jié)構(gòu)制造過程中，可同時制造出所有掩模。此分離使得能形成簡單的、低成本的、自動的、獨立的、和內(nèi)部-干凈的“超小型工具機廠(Desktop Factory)?！?，該“超小型工具機廠”能設(shè)置在任何地方以制造3D結(jié)構(gòu)，不用任何所需的清潔房間的過程，如通過服務(wù)工作部等可執(zhí)行光刻。
在圖2(a)至2(f)中給出了上面討論的電化學(xué)制造工藝的例子。這些圖顯示了包含了沉積第一材料2和第二材料4的工藝，第一材料2是要犧牲材料，第二材料4是結(jié)構(gòu)材料。在此例中，CC掩模8包括圖形化的適形材料(例如，一種彈性介電材料)10和由沉積材料2制成的支承12。CC掩模的適形部分壓靠在襯底6上，電鍍液14位于適形材料10中的孔穴16中。然后，來自電源18的電流經(jīng)由(a)成雙作為陽極的支承12和(b)成雙作為陰極的襯底6而穿過電鍍液14。圖2(a)給出了電流的流動使電鍍液中的材料2和來自陽極12的材料2可選擇地傳輸?shù)讲㈦婂兊疥帢O6上。在用CC掩模8將第一沉積材料2電鍍到襯底6上之后，如圖2(b)所示去除CC掩模8。圖2(c)描述了作為已經(jīng)覆蓋沉積(即，非選擇地沉積)在先前沉積的第一沉積材料2上以及襯底6的其它部分上的第二沉積材料4。通過穿過一種合適的電鍍液(未示出)的從由第二材料組成的陽極(未示出)到陰極/襯底6的電鍍產(chǎn)生覆蓋沉積。然后平坦化整個兩-材料層以獲得如圖2(d)所示的精確厚度和平坦度。如圖2(e)所示，在重復(fù)所有層的工藝之后，由第二材料4(即，結(jié)構(gòu)材料)形成的多層結(jié)構(gòu)20嵌入在第一材料2(即，犧牲材料)中。蝕刻該嵌入結(jié)構(gòu)以獲得所期望的器件，即，結(jié)構(gòu)20，如圖2(f)所示。
在圖3(a)至3(c)中示出了示范性的人工電化學(xué)制造系統(tǒng)32的各個部件。系統(tǒng)32由幾個子系統(tǒng)34、36、38和40組成。在圖3(a)到3(c)的每個圖的上部描述了襯底支持子系統(tǒng)34，且其包括幾個部件(1)托架48，(2)在其上沉積多個層的金屬襯底6，和(3)線性滑塊42，線性滑塊42能響應(yīng)來自致動器44的驅(qū)動力相對于托架48上下移動襯底6。子系統(tǒng)34也包括指示器46，用于測量襯底垂直位置的差，其可用于設(shè)置或確定層的厚度和/或沉積厚度。子系統(tǒng)34還包括可精確地安裝在子系統(tǒng)36上的托架48的腳68。
在圖3(a)的下部示出的CC掩模子系統(tǒng)36包括幾個部件(1)CC掩模8，其實際上是由共用公用支承/陽極12的多個CC掩模(即，子掩模)制成，(2)精密X-臺54，(3)精密Y-臺56，(4)在其上可安裝子系統(tǒng)34的腳68的框架72，和(5)用于容納電解液16的槽58。子系統(tǒng)34和36也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于連接到驅(qū)動CC掩模處理的合適的電源。
在圖3(b)的下部示出了覆蓋沉積子系統(tǒng)38，且其包括幾個部件(1)陽極62，(2)用于容納電鍍液66的電解液槽64，和(3)在其上可安裝子系統(tǒng)34的腳68的框架74。子系統(tǒng)38也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于將陽極連接到用于驅(qū)動覆蓋沉積處理的合適電源上。
在圖3(c)的下部示出了平坦化子系統(tǒng)40，其包括研磨盤52和用于平坦化該沉積的相關(guān)聯(lián)動作與控制系統(tǒng)(未示出)。
除了上述教導(dǎo)，6,027,630專利表示電鍍方法可用于結(jié)合絕緣材料。特別地，其表示盡管關(guān)于兩種金屬、多種材料，例如多聚物、陶瓷和半導(dǎo)體材料，描述了電鍍方法，然而或者可以通過描述的電鍍方法沉積任意數(shù)目的金屬，或者是在貫穿電鍍方法而發(fā)生的分離工藝中沉積任意數(shù)目的金屬。其還表示可以在不明顯導(dǎo)電的沉積(例如，一個絕緣層)上沉積薄的電鍍基，例如通過濺射，以使能繼續(xù)電鍍。其甚至還表示在允許選擇性地去除支承材料的電鍍元件中可以包括多種支承材料。
在Henry Guckel的標題為“通過多級深X光光刻使用犧牲金屬層形成微結(jié)構(gòu)(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-rayLithography with Sacrificial Metal layers)”的美國專利第5,190,637號中教導(dǎo)了另一種用于從電鍍金屬形成微結(jié)構(gòu)(即使用電化學(xué)制造技術(shù))的方法。此專利教導(dǎo)利用掩模暴露形成金屬結(jié)構(gòu)。在一個暴露的電鍍基上電鍍第一層的第一金屬，以填充光刻膠的空隙，然后去除光刻膠，在第一層和電鍍基上電鍍第二金屬。然后將第二金屬暴露的表面車削到一個高度，其暴露第一金屬以制造出延伸跨過第一和第二金屬的均勻平面。然后，可通過將光刻膠層加到第一層上及而后重復(fù)用于制造第一層的工藝來開始形成第二層。然后重復(fù)該工藝直到形成完整的結(jié)構(gòu)，且通過蝕刻去除第二金屬。通過澆注在電鍍基或先前層上形成光刻膠，及通過由X-射線或UV輻射穿過圖形化的掩模使光刻膠曝光以形成光刻膠中的空隙。
甚至考慮到這些教導(dǎo)，在電化學(xué)制造領(lǐng)域的技術(shù)中仍然需要改進產(chǎn)品的可靠性，增強后層制造工藝操作的控制，使后層制造處理變得容易，且甚至克服可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的工藝缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多個方面的一些實施例的一個目的是改進電化學(xué)制造產(chǎn)品的可靠性。
本發(fā)明的多個方面的一些實施例的一個目的是改進后層制造工藝操作的控制，克服可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的工藝缺陷。
本發(fā)明的多個方面的一個目的是使后層制造處理變得容易。
本發(fā)明的多個方面的一些實施例的一個目的是克服可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的工藝缺陷。
在回顧了在此的教導(dǎo)之后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解本發(fā)明的各個方面的其它目的和優(yōu)點。在此所清楚地提及的或另外從在此的教導(dǎo)中確定的本發(fā)明的各個方面，可以單獨描述上述目的的任意一個或組合地描述，或可選地不描述上述目的的任意一個，但替代地描述從在此的教導(dǎo)中確定的一些其它目的。并非希望通過本發(fā)明的任何單個方面描述所有這些目的，即使在關(guān)于一些方面的情況下。
本發(fā)明的第一方面提供一種用于從多個粘結(jié)層制造多層三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)通過在襯底上沉積至少一種犧牲材料和至少一種結(jié)構(gòu)材料而形成一層，其中襯底可以包括先前沉積的層，且其中沉積多種材料的至少一種包括電沉積操作；(B)重復(fù)(A)一次或多次，以形成多個層，且使連續(xù)的層緊鄰和粘結(jié)先前形成的層而形成；(C)執(zhí)行第一蝕刻操作以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少第一部分；及(D)執(zhí)行與第一蝕刻操作不同的第二蝕刻操作，以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少一部分。
本發(fā)明的第二方面提供一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)通過在襯底上沉積至少一種犧牲材料和至少一種結(jié)構(gòu)材料而形成一層，其中襯底可以包括先前沉積的層，且其中沉積多種材料的至少一種包括電沉積操作；(B)重復(fù)(A)一次或多次，以形成多個層，且使連續(xù)的層緊鄰和粘結(jié)先前形成的層而形成；(C)執(zhí)行第一蝕刻操作以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少第一部分；(D)在執(zhí)行第一蝕刻操作之后，執(zhí)行插入操作；及(E)在插入操作之后，執(zhí)行第二蝕刻操作，以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少一部分。
基于回顧在此的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明的其它方面。本發(fā)明的其它方面可以包括對本發(fā)明的上述方面的組合和/或?qū)σ粋€或多個實施例的多個方面的增加。本發(fā)明的其它方面可以包括能在實施上面的本發(fā)明的一個或多個方法方面使用的裝置。本發(fā)明的這些其它方面可以提供上述多個方面的組合，以及提供在上面沒有特別提及的配置、結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系和工藝。


圖1(a)至1(c)示意性地描述了CC掩模電鍍工藝的各個階段的側(cè)視圖，而圖1(d)至1(g)示意性地描述了使用不同類型的CC掩模的CC掩模電鍍工藝的各個階段的側(cè)視圖；圖2(a)至2(f)示意性地描述了一種電化學(xué)制造工藝的各個階段的側(cè)視圖，其應(yīng)用于形成一個特別的結(jié)構(gòu)，其中選擇地去除一種犧牲材料，而覆蓋沉積一種結(jié)構(gòu)材料；圖3(a)至3(c)示意性地描述了多個示范性子部件的側(cè)視圖，其可以用在手動實施圖2(a)至2(f)所述的電化學(xué)制造方法的過程中；圖4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘結(jié)掩模電鍍形成結(jié)構(gòu)的第一層，其中覆蓋沉積第二材料覆蓋了位于第一材料的沉積位置與第一材料本身之間的開口；圖5(a)描述了第一組實施例的基本步驟的方塊圖；圖5(b)至(d)描述了擴展到圖5的操作2的可選樣例的方塊圖；圖6(a)描述了第二組實施例的方塊圖；圖6(b)描述了第三組實施例的方塊圖；圖7(a)至7(d)示意性地提供了側(cè)視圖，描述了應(yīng)用于多個層的特定組的、圖6(b)的實施例的各個階段；圖8(a)至8(c)示意性地提供了側(cè)視圖，描述了應(yīng)用于多個層的特定組的、圖6(a)至6(d)的實施例的各個階段；圖9(a)至9(c)示意性地提供了側(cè)視圖，描述了應(yīng)用于多個層的特定組的和應(yīng)用于能被校正的一類結(jié)構(gòu)缺陷的、圖6(a)至6(d)的實施例的各個階段；圖10(a)和10(b)描述了第四和第五組實施例的方塊圖；圖11描述簡化的RF濾波器的透視圖，該RF濾波器可以被電化學(xué)制造成，且能從結(jié)構(gòu)材料的后處理多階段或多步驟釋放中獲益。
圖12(a)至12(e)示意性地描述了蝕刻和滲透工藝的各個階段，被看作在水平面(與襯底的平面平行的面)中路上穿過類似于圖11的RF濾波器元件的四個分支的一個的同軸傳輸線，在此可以看到中心導(dǎo)體以及穿過外部導(dǎo)體每一側(cè)的蝕刻孔；圖13描述了圖10的RF濾波器的透視圖，其具有附加的屏蔽結(jié)構(gòu)，其形成為圍繞結(jié)構(gòu)的中心部分的“煙囪”；圖14(a)和14(b)描述了圖12的結(jié)構(gòu)，其另外具有臨時蝕刻停止層(在圖14(a)中示出為透明的，在圖14(b)中示出為不透明的)，屏蔽該結(jié)構(gòu)的多個臂的末梢區(qū)域，末梢區(qū)域位于“煙囪”區(qū)域的外部；圖15描述了與圖10和12至14的RF濾波器器件相同的RF濾波器的透視圖，但具有不同形式的蝕刻屏障，其有助于提供多階段蝕刻效應(yīng)；圖16描述了圖15的RF濾波器的視圖，其中臂的內(nèi)側(cè)部分連同蝕刻屏障沒有完全延伸到襯底的事實更加清晰可見；圖17(a)描述了圖15和16的濾波器的多個同軸臂的一個臂和蝕刻屏障的端部視圖，而17(b)描述了相同結(jié)構(gòu)的但具有雙蝕刻屏障的端部視圖；圖18(a)和18(b)描述了與第六和第七組實施例相關(guān)的工藝操作的方塊圖；圖19(a)至19(e)示意性地描述了實施圖18(a)的工藝的側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1(a)至1(g)，2(a)至2(f)和3(a)至3(c)描述了已知的一種形式的電化學(xué)制造的各個特征。在上面參考的6,027,630專利中、在各個先前合并的出版物中和在此以參考方式合并的各個其它專利與專利申請中提及了其它的電化學(xué)制造技術(shù)，還可從在這些出版物、專利和應(yīng)用中描述的各個方法的組合中得到其它方法，或者其它方法可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從在此所提及的教導(dǎo)中以其它方式知曉或發(fā)現(xiàn)。所有的這些技術(shù)可與本發(fā)明的各個方面的各個實施例結(jié)合，以獲得改進的實施例，還有其它的實施例可從在此明確提及的各個實施例的組合中得到。
圖4(a)至4(i)描述了一種多層制造工藝的單層的形成過程的各個階段，其中在第一金屬上以及在第一金屬的開口中沉積第二金屬，其沉積形成該層的一部分。在圖4(a)中，示出了襯底82的側(cè)視圖，如圖4(b)所示在其上澆注可圖形化的光刻膠84。在圖4(c)中示出了由固化、曝光和顯影該光刻膠而得到的光刻膠圖形。光刻膠84的圖形化產(chǎn)生了開口或孔隙92(a)至92(c)，它們從光刻膠的表面86穿過光刻膠的厚度延伸到襯底82的表面88。在圖4(d)中，示出了已經(jīng)電鍍進開口92(a)至92(c)中的金屬94(例如，鎳)。在圖4(e)中，已經(jīng)從襯底上去除(即，化學(xué)剝除)了光刻膠以暴露襯底82的沒有用第一金屬94覆蓋的區(qū)域。在圖4(f)中示出了在襯底82的完全暴露部分(其是導(dǎo)電的)上和在第一金屬94(其也是導(dǎo)電的)上覆蓋電鍍的第二金屬96(例如，銀)。圖4(g)描述了完成的此結(jié)構(gòu)的第一層，其是將第一和第二金屬平坦化到暴露第一層及設(shè)定第一層的厚度這樣的高度而得到的。在圖4(h)中示出了幾次重復(fù)圖4(b)至4(g)中示出的工藝步驟以形成多層結(jié)構(gòu)而得到的結(jié)果，其中每層由兩種材料組成。在大多數(shù)的應(yīng)用中，如圖4(i)所示，去除這些材料中的一種以得到所期望的3-D結(jié)構(gòu)98(例如，部件或器件)。
與使用了不同類型的圖形化掩模和掩模技術(shù)的電化學(xué)制造技術(shù)相結(jié)合，可使用在此公開的各個實施例、可選的方式和技術(shù)。例如，可使用適形接觸掩模和掩模操作，可使用接近掩模和掩模操作(即，使用通過接近襯底即使沒有接觸至少選擇地屏蔽襯底的掩模的操作)，可使用非適形掩模和掩模操作(即，基于掩模接觸面不非常符合的掩模和操作)和可使用粘結(jié)掩模和掩模操作(與只和其接觸相反，使用粘結(jié)到襯底上的掩模，在襯底上發(fā)生選擇性的沉積或者蝕刻的掩模和操作)。
圖5(a)描述了第一組實施例的操作的基本單元的方塊圖。方塊102表示在第一操作(即，操作1)中形成了多個層(例如，通過電化學(xué)制造)，該多個層包括(1)所期望的結(jié)構(gòu)，其由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成；和(2)犧牲的支承結(jié)構(gòu)，其由至少一種犧牲材料形成。方塊104表示第二操作(即，操作2)將包括為了去除該至少一種犧牲材料的期望部分而執(zhí)行多個蝕刻操作，其中使用期望的蝕刻劑和期望的工藝執(zhí)行每個蝕刻操作。在目前的應(yīng)用中，一些實施例包括通過“硬停止”(即，固定或基本固定的結(jié)束點或?qū)τ谖g刻操作的結(jié)果)與其他分離地使用兩個或多個蝕刻操作。其它實施例將使用硬停止分離蝕刻操作。
圖5(b)至5(d)描述了擴展到圖5的操作2的各個可選實施例的例子上的方塊圖。在圖5(b)中，其表示操作2包括至少兩個單元(1)使用第一種蝕刻劑的第一蝕刻112；和(2)使用第二種蝕刻劑的第二蝕刻114，且第二蝕刻劑與第一蝕刻劑不同。在圖5(c)中，其表示操作2包括至少兩個單元(1)使用蝕刻劑和第一工藝的第一蝕刻122；和(2)使用蝕刻劑和第二工藝的第二蝕刻124，且第二工藝與第一工藝不同。在圖5(d)中，其表示操作2包括至少兩個單元(1)使用第一種蝕刻劑和第一工藝的第一蝕刻132；和(2)使用第二種蝕刻劑和第二工藝的第二蝕刻134，其中第二蝕刻劑與第一蝕刻劑不同，且第二蝕刻工藝與第一蝕刻工藝不同。為了目前應(yīng)用的目的，不考慮變化蝕刻的時間以構(gòu)成不同的蝕刻工藝，但變化溫度，變化攪拌的類型或缺少激勵或所使用的流動，明顯的變化蝕刻劑的濃度，或變化其它參數(shù)可構(gòu)成不同的工藝。
在圖6(a)中，其表示操作2包括至少三個單元(1)第一蝕刻142，(2)在第一蝕刻后保留的多個層的至少一部分上執(zhí)行后處理步驟144，和(3)第二蝕刻146。圖6(a)還提供了可包括在第二任務(wù)144中執(zhí)行的五個例子(A)執(zhí)行中間蝕刻154，(B)用一種材料滲透第一蝕刻留下的空隙的至少一部分164，(C)將各個部分切開以將它們彼此分離174，(D)沉積另外的材料184，和(E)通過不是蝕刻操作的操作，如平坦化操作，去除一些材料194。
在圖6(b)中，其表示操作2包括至少三個單元(1)第一蝕刻142，(2)執(zhí)行插入操作148，和(3)第二蝕刻146。圖6(b)還提供了可包括在插入任務(wù)148中執(zhí)行的三個例子(A)更換正在使用的蝕刻劑158，(B)清潔襯底以從局部化的區(qū)域去除飽和的蝕刻劑168，和(C)關(guān)于蝕刻劑重新定位該結(jié)構(gòu)，例如，通過根據(jù)重力旋轉(zhuǎn)以改善效率，通過將該結(jié)構(gòu)的不同部分沉浸到蝕刻劑中或從蝕刻劑中提出該結(jié)構(gòu)的一部分等178。在(B)中提及的清潔可采用在蒸餾水或其它可有利于去除飽和的蝕刻劑的物質(zhì)中漂洗的方式。其可包括該結(jié)構(gòu)的攪拌或清洗液的定向流動。
在圖7(a)至7(d)、8(a)至8(c)和9(a)至9(c)中描述了實際執(zhí)行上述實施例的各種情況的例子。
圖7(a)至7(d)描述了一個例子，在其中與單個犧牲材料結(jié)合使用了單個結(jié)構(gòu)材料。在此實施例中，所期望的多層結(jié)構(gòu)202被三級材料包圍。該多層結(jié)構(gòu)被犧牲材料204的第一區(qū)域包圍(除了該結(jié)構(gòu)與襯底210接觸的地方)。犧牲材料204的第一區(qū)域被結(jié)構(gòu)材料的屏障206(例如，薄的屏障)包圍(除了其與襯底210接觸的地方)。屏障206依次被犧牲材料208的第二區(qū)域包圍(除了其與襯底210接觸的地方)。犧牲材料的第一和第二區(qū)域可以是用于構(gòu)建該多層(例如，不管所期望的結(jié)構(gòu)的側(cè)向尺寸如何，可固定側(cè)向構(gòu)建尺寸，且同樣地不是所期望的結(jié)構(gòu)的部分通常由犧牲材料形成)的工藝的結(jié)果。在目前的實施例中，屏障206形成為允許當進行蝕刻區(qū)域208時存在受控的蝕刻停止。在此工藝中，優(yōu)選地是使用不侵蝕結(jié)構(gòu)材料的蝕刻劑執(zhí)行犧牲材料的蝕刻，盡管其可用一種對于屏障206的材料比對于208的材料具有較慢(例如，慢的超過大約10倍和甚至優(yōu)選地慢的超過大約100倍)蝕刻率的蝕刻劑進行。一旦到達了屏障206，停止蝕刻，能夠進行一些其它的后面的層制造行為。然后可使用選擇的、不侵蝕(或侵蝕其速度很低)犧牲材料204的蝕刻劑蝕刻結(jié)構(gòu)材料206。如果希望，在此點可進行另外的后面的層制造行為，然后當準備時進行對犧牲材料的最后去除以暴露或釋放所期望的多層結(jié)構(gòu)202。在一個實施例中，犧牲材料可以是銅，結(jié)構(gòu)材料可以是鎳，且同樣地可恰當?shù)剡x擇蝕刻劑以蝕刻掉一個而不蝕刻掉另外一個。在圖7(b)至7(d)中以實例解釋了多步驟蝕刻工藝的各個階段。圖7(b)描述了去除外部犧牲材料之后的階段，圖7(c)描述了去除屏障之后的階段，和圖7(d)描述了釋放所期望的結(jié)構(gòu)的最后階段。
圖8(a)至8(c)描述了與結(jié)構(gòu)材料一起使用兩種不同的犧牲材料的例子。在此工藝中，在蝕刻處理期間仍然實現(xiàn)停止點，蝕刻操作的數(shù)目減少到兩個而代替圖7(a)至7(d)中描述的使用三個的實施例。有可能外部的犧牲材料可以與結(jié)構(gòu)材料相同。在圖8(a)中，所期望的多層結(jié)構(gòu)202完全被第一犧牲材料204包圍(除了與襯底214接觸的區(qū)域)，其依次完全被第二犧牲材料212包圍(除了與襯底214接觸的區(qū)域)。第一蝕刻用于去除第二犧牲材料212，而第二蝕刻用于去除第一犧牲材料204。在這兩個蝕刻之間可進行任意的所期望的后面的層制造。
圖9(a)至9(c)描述了用缺陷203形成所期望的多層結(jié)構(gòu)202。這些缺陷示出為很窄的“細流”，由與結(jié)構(gòu)202的材料相同的材料形成。這些缺陷可由在壞的固定CC掩模下電鍍的結(jié)構(gòu)材料形成(此現(xiàn)象可稱為“焊瘤”)，可由在平坦化處理期間涂抹進犧牲材料中的結(jié)構(gòu)材料形成(此現(xiàn)象稱為“涂抹”)，或可由電鍍進犧牲材料中的裂縫中的結(jié)構(gòu)材料形成(此現(xiàn)象稱為“帶”，且一般導(dǎo)致垂直延伸和在一個側(cè)向尺寸上延伸但另一個側(cè)向尺寸很窄的結(jié)構(gòu))。第一蝕刻操作導(dǎo)致去除犧牲材料204，如圖9(b)所示，但在后面留下缺陷。由于缺陷很窄，于是可用結(jié)構(gòu)材料蝕刻劑去除缺陷，而對如圖9(c)所示的結(jié)構(gòu)的所期望的部分的破壞很小。由于用于侵蝕缺陷的蝕刻劑也侵蝕結(jié)構(gòu)202，于是控制蝕刻時間就很重要。為了改進控制，可在稀釋的形式或在低于正常溫度下使用選擇的蝕刻劑。
圖10(a)描述了第四組實施例的方塊圖。在此組實施例中，如圖7(a)至7(d)的例子，蝕刻屏障可由屏障材料形成，該屏障材料可與結(jié)構(gòu)材料的一種相同或不同?；谶@樣的事實選擇屏障材料，可以蝕刻掉犧牲材料，而不蝕穿屏障材料，甚至在一些實施例中如果屏障材料被蝕刻劑破壞了也是可以接受的。在此組的實施例中，蝕刻屏障可以形成為結(jié)構(gòu)部件的一個永久部分，即使其結(jié)構(gòu)不是想要的設(shè)計的一部分。在這些實施例中，屏障材料的結(jié)構(gòu)不對想要的結(jié)構(gòu)的使用產(chǎn)生不利影響。在這些實施例的一些中，屏障材料可以包括可去除的部分以及將成為該結(jié)構(gòu)的一個永久部分的部分。在這些實施例的一些中，屏障的可去除部分可由例如蝕刻操作、平坦化操作或其它加工操作來去除。在一些實施例中，不像圖7(a)至7(d)的例子，蝕刻屏障可構(gòu)建為允許蝕刻進入到該結(jié)構(gòu)的一個部分而禁止蝕刻劑到達該結(jié)構(gòu)的不同部分。
圖10(a)的工藝開始于操作1，標記為附圖標記242。操作1要求形成多個層，以使實現(xiàn)3個結(jié)果(1)由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成的所期望的結(jié)構(gòu)；(2)由至少一種犧牲材料形成的犧牲的支承結(jié)構(gòu)；和(3)由屏障材料形成的蝕刻屏障，其中蝕刻屏障包括可去除的部件，且也可包括永久的結(jié)構(gòu)部件。
在執(zhí)行操作1之后，工藝前進到操作2，單元244，其可選擇地要求增加任意的另外所期望的蝕刻屏障部件。這些屏障部件可被定位在期望的位置，且以任意適當?shù)姆绞奖３衷谶m當位置，例如，通過粘結(jié)或壓靠。這些另外的屏障部件可以是導(dǎo)電材料或介電材料，剛性材料或適形材料。
在完成操作2之后，工藝前進到操作3，單元246，其要求執(zhí)行一個或多個可以或不可以與各個所期望的中間操作混合在一起蝕刻操作。工藝從操作3前進到操作4，單元248，其要求去除至少一個蝕刻屏障。
在完成操作4之后，工藝前進到操作5，單元250，其要求執(zhí)行一個或多個可以或不可以與各個其它操作混合在一起蝕刻操作。操作5的完成可導(dǎo)致從犧牲材料中完全釋放所期望的結(jié)構(gòu)或釋放可以是非完全的，工藝可以返回到單元244，操作2或返回到單元248，操作4。
圖10(b)描述了第五組實施例的方塊圖，在其中又使用了蝕刻屏障，其中蝕刻屏障或者不粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料或襯底上，或者以容易去除的方式粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料或襯底上。此種粘結(jié)通常是有最小的特性，希望直到可安全地去除的時刻到來為止，都禁止偶然地去除屏障材料。另一選擇為，最小的粘結(jié)結(jié)構(gòu)能保證蝕刻屏障的移動不對另外的蝕刻操作產(chǎn)生不利影響。幾例最小粘結(jié)結(jié)構(gòu)可以是很薄的水平或垂直延伸的類似柱或網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。通過夾住該材料和猛折類似柱或網(wǎng)的部分能去除屏障材料。通過給它們通電流可能會破壞該薄的部分，或通過受控的蝕刻操作可能會將它們?nèi)コ撌芸氐奈g刻操作在侵蝕粘結(jié)部分的同時也侵蝕所期望的結(jié)構(gòu)，但是如果粘結(jié)的部分足夠脆弱，就能在對該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可接受的破壞量之前去除它們。
圖10(b)的工藝開始于操作1，單元262。操作1要求形成多個層，以使(1)形成所期望的結(jié)構(gòu)，其包括至少一種結(jié)構(gòu)材料；(2)形成犧牲的支承結(jié)構(gòu)，其包括至少一種犧牲材料；(3)由屏障材料形成至少一個蝕刻屏障，其中蝕刻屏障或者不粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料上，或者以容易去除的方式粘結(jié)到結(jié)構(gòu)材料上。
工藝從操作1前進到操作2，然后到操作3，這些操作與在圖10(a)中所要求的相同，并給出為相同的附圖標記。
然后工藝前進到操作4，單元264，其要求在停止操作3的蝕刻或不停止的情況下去除至少一個蝕刻屏障。對蝕刻屏障的去除明顯地改進了在先前被屏障保護的區(qū)域中的蝕刻處理。操作4的完成可以表示從犧牲材料中完全釋放了所期望的結(jié)構(gòu)，或者其可以表示到達了從此工藝可返回到操作2或另外以不同的方式繼續(xù)的過渡狀態(tài)。在一些實施例中，停止操作3，執(zhí)行不同的操作(例如，用介電材料填充蝕刻的區(qū)域)。
圖10(a)和10(b)的工藝的實施例可在各種環(huán)境下使用。一些這樣的環(huán)境可以包括期望將介電材料或其它材料定位在選擇的位置處，而適當?shù)厝员Ａ糁辽僖恍奚牧弦苑乐菇Y(jié)構(gòu)的不同部分在被一種滲透材料鎖定在適當?shù)奈恢弥氨舜讼鄬σ苿印?br> 電化學(xué)制造的某些器件和結(jié)構(gòu)需要用作該結(jié)構(gòu)一部分的介電或其它材料，或從其中受益，或需要它們的部件彼此之間保持特定的幾何關(guān)系(例如，如設(shè)計的那樣)，而不是通過應(yīng)力、慣性力、熱效應(yīng)等破壞它們。在一些情況下，可期望用另一種結(jié)構(gòu)材料限制由主要結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的部件的移動。盡管有這些益處，但不希望在制造期間基于層重疊層結(jié)合第二或第三種結(jié)構(gòu)材料。
使用電化學(xué)制造制成的RF同軸部件(如在美國臨時專利申請第60/392,531號中所公開的那樣)，表示多個器件的例子，其可從部分蝕刻、滲透、完全蝕刻和潛在的更進一步的滲透的組合中獲益。隨著它們以其它方式縮短(shorting)，這些同軸器件可在特性或特征方面從填充在中心導(dǎo)體和屏蔽之間的間隔中的介電(或其它)材料中獲益，其將使該器件無效，這是由于薄的、較差支承的中心導(dǎo)體與屏蔽接觸。真正地，即使沒有這樣的接觸，如果中心導(dǎo)體和屏蔽之間的間隔不是如設(shè)計的那樣，性能可能會被折衷。
圖11示出了與如在申請60/392,531中所提及的RF濾波器類似的結(jié)構(gòu)，但為了解釋的目的而進行了簡化。在通過去除犧牲材料釋放了圖11中的結(jié)構(gòu)之后，一般地然后可引入介電材料(例如，通過使其經(jīng)由將其從該結(jié)構(gòu)的開口或穿過蝕刻孔314引入而進入到中心導(dǎo)體322和屏蔽302之間的間隔)。然而，如果中心導(dǎo)體已經(jīng)從其所期望的位置移開，則引入介電材料不能救助它。
圖10(a)的工藝可應(yīng)用于保證適當?shù)刂圃煸摻Y(jié)構(gòu)。通過蝕刻此種結(jié)構(gòu)，如在圖11中、在兩個階段中，能在第一階段期間，在持續(xù)到蝕刻的第二階段之前，將新材料(例如，介電材料)引入到蝕刻區(qū)域的至少一部分中。具體而言，在RF濾波器的情況下，可從其希望的位置明顯獲益的中心導(dǎo)體320的一部分是處于四臂交錯區(qū)域的區(qū)域中，此處側(cè)面通道中心導(dǎo)體相交(meet)。因此在此例中，通過在最后蝕刻之前，在中心導(dǎo)體和屏蔽之間的期望區(qū)域中引入介電材料，可期望將該結(jié)構(gòu)的一部分的位置相對于該結(jié)構(gòu)的另一部分的位置(例如，中心導(dǎo)體320的位置相對于屏蔽302的位置)而固定，接下來，蝕刻掉保留的犧牲材料，如果希望，則可將介電材料引入到整個結(jié)構(gòu)中。
在圖12(a)至12(e)中示意性地給出了該方法的實例。在圖12(a)中，頂視圖示出了同軸元件的一部分的平面，其中選擇該平面以橫截中心導(dǎo)體332以及蝕刻和滲透孔326，犧牲材料334填充中心導(dǎo)體332和外部導(dǎo)體屏蔽338之間的間隔。在一些實施例中，犧牲材料可位于屏蔽的外面。在圖12(b)中，示出了已經(jīng)蝕刻掉的同軸元件內(nèi)部的一個區(qū)域342，而留下一些犧牲材料334以固定中心導(dǎo)體332，因此防止其從該位置移開。接下來，如圖12(c)所示，用介電材料344填充蝕刻區(qū)域342。使用正在固定中心導(dǎo)體332的介電材料344，現(xiàn)在可能蝕刻掉剩余的犧牲材料332，留下開口內(nèi)部區(qū)域346和348，如圖12(d)所示。最后，如果需要，能夠使用與介電材料344相同或不同的材料填充得到的開口內(nèi)部的空間，如圖12(e)所示。
可以用不同的方式實現(xiàn)圖12(a)至12(e)中給出示例的蝕刻和滲透方法。例如，此種方法可以包括以兩個或多個階段中執(zhí)行的蝕刻。
在圖13、14(a)與14(b)的幫助下解釋了蝕刻和滲透實施例的第一個例子。在此例中，(1)設(shè)置不被蝕刻的基本上完全屏蔽的區(qū)域(除了該結(jié)構(gòu)自身的內(nèi)部)，以使僅在選擇的區(qū)域發(fā)生蝕刻，(2)發(fā)生蝕刻，(3)在執(zhí)行最初的蝕刻之后，進行滲透，其給所期望的區(qū)域提供介電支承或限制，(4)至少部分地去除屏蔽，(5)蝕刻原始屏蔽的區(qū)域，和(6)對最初屏蔽的區(qū)域進行所期望的介電滲透。在目前的例子中更具體為，屏蔽包括作為所期望結(jié)構(gòu)的一部分的永久結(jié)構(gòu)，不是所期望的(或需要的)設(shè)計功能的一部分的但增加其會增加處理的便利性永久結(jié)構(gòu)，和在使用之后去除的臨時屏蔽結(jié)構(gòu)。
首先，要被優(yōu)先蝕刻的選定區(qū)域(例如，交叉區(qū)域)350是被由結(jié)構(gòu)材料制成的“煙囪”結(jié)構(gòu)348包圍。煙囪區(qū)域另外由一片形成在臨時層或在形成層之后加到該結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)材料356界定，其中該片具有位于優(yōu)先要被蝕刻的區(qū)域350上的開口，該片屏蔽其它處的犧牲材料，并作為蝕刻停止。圖14(a)示出了位于圖13的結(jié)構(gòu)上的臨時層，整個結(jié)構(gòu)包括顯示為好像是部分透明的犧牲材料。該片(即，臨時層)被像任意層一樣制造，并且直到其被后面的操作平坦化掉為止，其都被連接到煙囪的側(cè)壁上。
接下來，在圖14(a)的結(jié)構(gòu)上執(zhí)行受時間控制的蝕刻，其去除位于中心“煙囪”區(qū)域中的犧牲材料，包括位于中心導(dǎo)體和屏蔽之間的犧牲材料，結(jié)果是蝕刻劑進入了屏蔽的側(cè)部的蝕刻孔352中。如果一旦到達中心導(dǎo)體就停止蝕刻，則適當?shù)乇Ａ羯晕⑽挥谖g刻屏蔽外部的蝕刻材料，以適當?shù)乇３謨?nèi)部的導(dǎo)體。在圖14(b)中示出了該工藝的狀態(tài)，其中的板示出為不透明的。
接下來，在中心導(dǎo)體和屏蔽之間穿過蝕刻孔引入介電材料，且最好可選地填充作為阱的煙囪區(qū)域?？稍陔娀瘜W(xué)制造裝置中通過包括適當?shù)奈g刻站和滲透站而執(zhí)行此蝕刻和滲透步驟。
接下來，通過平坦化，例如研磨，去除或擦除先前形成的臨時層，以保存該結(jié)構(gòu)，使其除了“交叉”區(qū)域和潛在地被介電材料填充的煙囪區(qū)域之外，其開口配置與圖13的結(jié)構(gòu)類似。
接下來，蝕刻剩余的犧牲材料。將在從EFAB機器去除該結(jié)構(gòu)之后進行此蝕刻，或在該機器中執(zhí)行。如果期望如此，可執(zhí)行另外的滲透。
在圖15、16與17(a)的幫助下解釋了蝕刻和滲透實施例的第二個例子。在此例中，設(shè)置不完整的屏蔽(即，不能完全阻止蝕刻劑進入的屏蔽)，以放慢在這些區(qū)域中的蝕刻，以使在屏蔽的和未屏蔽的區(qū)域之間實現(xiàn)不同的蝕刻率。在此例中更具體為，屏蔽屏障不粘結(jié)到作為結(jié)構(gòu)的一部分保留的結(jié)構(gòu)材料上，且它們也不粘結(jié)到襯底上。在此例中，屏障被犧牲材料包圍，以使一旦蝕刻所有包圍的犧牲材料，可從該結(jié)構(gòu)去除屏障或屏障可離開該結(jié)構(gòu)(即，從上到下地蝕刻該結(jié)構(gòu))，因此允許或使位于最初的屏蔽區(qū)域中的蝕刻產(chǎn)生不同。作為屏蔽延遲的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地是在一些區(qū)域完成蝕刻，而在其它區(qū)域沒有完成。然后可中斷最初的蝕刻，清洗該結(jié)構(gòu)，在選擇的區(qū)域(例如，進行了完全蝕刻的區(qū)域)執(zhí)行滲透，重新開始蝕刻和進行蝕刻直到在所有區(qū)域完成蝕刻為止，且如果期望如此就執(zhí)行接下來的滲透。在其它實施例中，可形成多于兩個蝕刻階段的蝕刻，同時執(zhí)行多于兩個的滲透。
在一些實施例中，構(gòu)造屏蔽以形成延伸的蝕刻路徑，蝕刻劑必須經(jīng)過該路徑到達期望的蝕刻位置(即，通過延伸的路徑長度延遲了蝕刻)。在其它實施例中，并非基于延長路徑的長度，而是代替地基于縮小蝕刻劑到達所期望的蝕刻位置所必須穿過的開口的尺寸，實現(xiàn)了延遲蝕刻(即，基于縮小流動路徑的橫截面而延遲了蝕刻)。依然是在另外其它實施例中，可更多地基于這兩個可選方式的更平衡的組合而延遲蝕刻。在一些實施例中，蝕刻屏障可具有基本上固體的壁，其只允許蝕刻劑通過圍繞其周界去除屏蔽，而在其它實施例中，壁是有孔的，以使蝕刻劑能以較短路徑的導(dǎo)向方式去除屏障。
第二種方法。在第二種方法中，隨同濾波器一起制造了蝕刻屏障，其極大地放慢了關(guān)于“交叉”區(qū)域在“交叉”區(qū)域外部的濾波器區(qū)域中的蝕刻。最后，這些屏障完全被釋放，且從該器件中被去除(或從其中離開)。第二種方法的優(yōu)點是不需要第一種方法中的去除臨時層的平坦化步驟。結(jié)果，易于在EFAB機器的外部執(zhí)行完整的釋放和滲透處理。
圖15、16和17(a)示出了圖11的RF部件，但代替在圖12、13和14(a)中使用的煙囪結(jié)構(gòu)，設(shè)計蝕刻屏障362以使基本上但并非完全包圍該部件的四“臂”的每一臂，而將四壁的交匯部分打開或更直接地暴露給蝕刻劑。在存在屏障的地方，在蝕刻劑能進入外部導(dǎo)體的側(cè)部中的孔中之前，必須首先蝕刻掉屏障和屏蔽的外表面之間的材料，由此開始向中心導(dǎo)體內(nèi)部行進。在第一階段的蝕刻之后，第一階段的蝕刻計時為去除中心導(dǎo)體和屏蔽之間的交匯或交叉區(qū)域中的材料，能將介電材料導(dǎo)入到此中心區(qū)域，在此之后，能繼續(xù)蝕刻直到去除了所有犧牲材料。在蝕刻期間的一些點上，屏障將被釋放和能被允許離開(假設(shè)以一種從上到下的方式進行蝕刻)，或可以其它方式被去除。由于在此區(qū)域中，僅有蝕刻孔位于側(cè)壁或過濾器中，可刪除蝕刻屏障的頂部，以使僅需要兩個垂直的壁，盡管這將加速它們與該器件的分離。
圖17(a)描述了一個臂的端面視圖，其中可看到中心導(dǎo)體370的端部，其被同軸線的外部導(dǎo)體327包圍，該外部導(dǎo)體包括蝕刻孔374，直到沿著路徑376去除犧牲材料，并且直到去除了屏障382和外部導(dǎo)體372之間的所有犧牲材料和屏障382倍才能進入蝕刻孔374。
圖17(b)描述了同軸元件，其包括中心導(dǎo)體390和與包圍屏障394和398一起都被填充了蝕刻劑388的外部導(dǎo)體392。結(jié)合在一起的屏障產(chǎn)生了到達開口382的蝕刻路徑396，與圖17(a)所示的相比相當大延長了路徑。在一些實施例中，此種附加的延遲是必要的或是希望的，以保證完全蝕刻交匯區(qū)域中的材料。
圖18(a)和18(b)描述了兩個不同組的實施例，它們使用了用于從多層結(jié)構(gòu)蝕刻犧牲材料的多階段蝕刻操作，該結(jié)構(gòu)也從襯底形成，該襯底包括犧牲材料(例如，位于通道等)和/或粘結(jié)到多層結(jié)構(gòu)上的包括犧牲材料(例如，位于通道等)的部件。這些實施例在各種環(huán)境下都是可以使用的。例如，當從襯底或其它部件上去除犧牲材料所需要的時間比從多層結(jié)構(gòu)去除犧牲材料的時間多時，與圖18(a)的工藝相關(guān)聯(lián)的實施例可以有利于使多層結(jié)構(gòu)暴露給蝕刻的時間量最小。對于與圖18(b)相關(guān)的實施實際上相反。
圖18(a)的工藝開始于操作1，單元402，其要求從多個層形成該結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)是在具有要被蝕刻的材料的襯底上形成的，或粘結(jié)到含有要被蝕刻的材料的部件上。多個層包括由至少一種結(jié)構(gòu)材料形成的所期望的構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，且它們包括由至少一種犧牲材料形成的犧牲的支承結(jié)構(gòu)。
在形成該結(jié)構(gòu)之后，工藝前進到操作2，單元404。操作2要求形成屏障元件，或者與操作1結(jié)合，或者在完成操作1之后。
工藝從操作2前進到操作3，單元406。操作3要求執(zhí)行一個或多個蝕刻操作，這些操作或者被中間操作分離或者不被分離，其中蝕刻操作從襯底或部件上去除犧牲材料的至少一部分。
在操作3之后，工藝前進到操作4，其要求去除保護性的至少一個蝕刻屏障，至少部分地去除制成該多層結(jié)構(gòu)的材料。
工藝從操作4前進到操作5，單元410。操作5要求執(zhí)行一個或多個從多層結(jié)構(gòu)的多個層去除犧牲材料的另外的蝕刻操作，其中蝕刻操作可被執(zhí)行中間操作分離開或不被分離開。
圖18(b)的工藝與圖18(a)的類似，只有一些微小的改變。盡管圖18(a)的工藝的操作2形成或要求保護多層結(jié)構(gòu)的材料的蝕刻屏障，而圖18(b)的操作2要求防止襯底或部件最初被蝕刻劑侵蝕的蝕刻屏障。
圖18(b)的工藝的操作3與圖18(a)的工藝的操作5類似，其中執(zhí)行蝕刻操作以從制成多層結(jié)構(gòu)的多個層去除犧牲材料。
圖18(a)和18(b)的每個工藝的操作4類似，它們要求去除蝕刻屏障。
圖18(b)的工藝的操作5與圖18(a)的工藝的操作3類似，其要求執(zhí)行一個或多個從襯底或部件上去除犧牲材料的蝕刻操作。
在這些組實施例中，第五操作可完成從犧牲材料釋放該結(jié)構(gòu)、襯底或部件，或另一選擇為，接著這些操作可執(zhí)行將完成該工藝的另外操作。
還應(yīng)該知道圖18(a)的操作5不僅包括從多個層蝕刻犧牲材料，并且也可以包括從襯底或部件蝕刻犧牲材料。類似地，圖18(b)的操作5并不局限于從襯底或部件去除犧牲材料，并且也可以包括從制成該結(jié)構(gòu)的多個層去除另外的犧牲材料。
在圖19(a)至19(e)中描述了接著圖18(a)的工藝的一例實施例。
圖19(a)描述了位于襯底454上的多層結(jié)構(gòu)452，其中襯底包括被犧牲材料462填充的通道456。多層結(jié)構(gòu)452包括犧牲材料462的區(qū)域和結(jié)構(gòu)材料464的區(qū)域。盡管用單個操作在圖19(a)的犧牲材料上執(zhí)行蝕刻以獲得圖19(e)的結(jié)構(gòu)是很好的，但是這是不可能的。如果從通道456去除犧牲材料462需要很長的蝕刻時間，則如果在蝕刻出整個通道456所需要的整個時段期間將多層結(jié)構(gòu)暴露給蝕刻劑，可能會對結(jié)構(gòu)材料464或內(nèi)層界面產(chǎn)生明顯的破壞。同樣地，在一些環(huán)境下，不希望在單個操作中從圖19(a)所示的狀態(tài)跳到圖19(e)所示的狀態(tài)。同樣地，在此實施例中，將執(zhí)行多個操作以到達圖19(e)所描述的最后目標。
在圖19(b)中，將作為屏障層的另外的層472加到多層結(jié)構(gòu)上。該屏障層可由結(jié)構(gòu)材料形成或由不同的材料形成。希望此屏障層阻止用于從通道456去除犧牲材料的蝕刻劑到達結(jié)構(gòu)材料464。如表示的那樣，可與結(jié)構(gòu)的最后一層相鄰地形成此屏障層，或另一選擇為，除了與結(jié)構(gòu)材料的外環(huán)連接之外，該屏障層可被一層或多層犧牲材料與所期望的結(jié)構(gòu)間隔開。在恰當?shù)胤胖昧似琳蠈?72之后，將蝕刻劑加到該合并的多層結(jié)構(gòu)、襯底和屏障層上，其中通過蝕刻侵蝕位于通道456中的犧牲材料。使蝕刻進行一段時間，以使相信恰當?shù)厥雇ǖ篮艽蟪潭壬蠑[脫了犧牲材料或完全擺脫了犧牲材料。
如圖19(c)所示，在多層結(jié)構(gòu)的第一層附近的通道中保留了少量的犧牲材料。在基本上清潔了通道456的最初蝕刻之后，如圖19(d)所示去除屏障層472?？梢越?jīng)由平坦化操作或蝕刻操作去除屏障層，假設(shè)在蝕刻操作中使用優(yōu)先去除屏障層而不破壞結(jié)構(gòu)材料的合適的蝕刻劑。
接下來，重新加蝕刻劑，因此蝕刻劑能從多層結(jié)構(gòu)去除犧牲材料，其從頂層開始而向下進行，而同時蝕刻劑能穿過襯底繼續(xù)清潔通道，因此在將結(jié)構(gòu)材料464對于蝕刻劑的暴露維持為最小的同時，通道和多層結(jié)構(gòu)都被清除了犧牲材料。
在圖19(e)中示出了得到的蝕刻結(jié)構(gòu)、部分和部件或器件。可希望或不希望與最后的結(jié)構(gòu)一起保留側(cè)壁，且如果期望其可以被去除，例如通過在最后蝕刻操作之前或之后的切割來去除。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以知曉在此描述的方法不局限于描述的具體幾何形狀或器件，而可以應(yīng)用到希望執(zhí)行多階段蝕刻的多個寬泛變化的情形，或者為了結(jié)合另外的材料(例如，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的同時)或不是為了結(jié)合的目的，或者為了這樣的目的，與為了實現(xiàn)所希望的目的相比，其防止將特定的材料或幾何尺寸不適當?shù)乇┞督o蝕刻劑。類似地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以知曉上述工藝包括的變化包括操作數(shù)目的變化、與操作相關(guān)的參數(shù)的變化、蝕刻劑的變化和形成給定的多層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)的給定部分而選擇的實際工藝的變化。
可能會有多個可選的實施例，例如，位于兩種犧牲材料之間的屏障可粗略地與所期望的結(jié)構(gòu)的形狀一致，或其可采用被認為是有益的一些其它復(fù)雜形狀。在其它可選方式中，并非所有的蝕刻屏障完全包圍所期望的多層結(jié)構(gòu)，因此使某些蝕刻劑接觸所期望的多層結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域，當不使其接觸該結(jié)構(gòu)的存在有不同結(jié)構(gòu)材料的其它區(qū)域。可以包括多于三個的蝕刻操作?？砂ǘ鄬咏Y(jié)構(gòu)材料。在另外的可選的實施例中，并非所需要的所有材料都與襯底接觸，并非所需要的所有材料完全包圍其它材料。在一些實施例中，可以用化學(xué)蝕刻劑完全執(zhí)行蝕刻操作而在其它實施例中，可執(zhí)行在其它實施例中，可以執(zhí)行電化學(xué)蝕刻操作。
由于多個原因可執(zhí)行實施例的各個實施例的各種多階段操作。例如，這樣的原因可包括但不局限于(1)在將如一個很脆的多層結(jié)構(gòu)202的多層結(jié)構(gòu)暴露到潛在的危害之前，允許分離該多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)是同時形成在共用的襯底上的；(2)允許快速反應(yīng)的蝕刻劑去除大部分的犧牲材料(該蝕刻劑與該結(jié)構(gòu)材料起負反應(yīng))，然后在暴露所期望的多層結(jié)構(gòu)之前切換為不同的蝕刻劑；(3)當將所期望的三維結(jié)構(gòu)暴露給蝕刻劑時，允許更統(tǒng)一的蝕刻時間；及(4)允許一種蝕刻劑接觸所期望的多層結(jié)構(gòu)的某一部分，以去除一種犧牲材料，但不接觸所期望的多層結(jié)構(gòu)的另一部分，由于其可能破壞位于該位置的第二結(jié)構(gòu)材料。
下面所敘述的專利申請和專利所提及的全部內(nèi)容在此以參考的方式合并于此。每個專利申請或?qū)＠闹髦及ㄔ诒碇校杂兄谧x者找到教導(dǎo)的具體類型。無意將主旨的合并限制到那些具體指明的主旨中，但是代替地，將合并包括到在這些申請中發(fā)現(xiàn)的所有主旨中。在這些合并的申請中的教導(dǎo)可以多種方式與即時的申請相結(jié)合例如，可從教導(dǎo)的結(jié)合中得到改進的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的方法，可得到改進的裝置等。
在2000年1月20日提交的、題目為“An Apparatus forElectrochemical Fabrication Comprising a Conformable Mask”的美國專利申請第09/488,142號是產(chǎn)生上述6,027,630專利的申請的一個分案。此申請描述了適形接觸掩模電鍍和電化學(xué)制造的基礎(chǔ)，包括各種可選的可用于實施EFAB的方法和裝置，以及用于構(gòu)筑適形接觸掩模的各種方法和裝置。
在2002年10月1日提交的、題目為“Monolithic Structure IncludingAlignment and/or Retention Fixtures for Accepting Components”的美國專利申請第60/415,374號，通常關(guān)于永久的或臨時的用于接收多個部件的對準和/或保持結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地經(jīng)由多個沉積操作(例如，電沉積操作)以單片集成電路的形式形成該結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一般包括兩個或多個定位固定裝置，其控制或幫助部件彼此之間的相對定位，這些特征包括(1)定位向?qū)Щ蛲Ｖ辜?，其在一個或多個方位或方向固定或至少部分地限制部件的定位，(2)保持元件，其將已定位的元件保持在所期望的方位或位置，及(3)定位和/或保持元件，其接收和保持調(diào)整模型，在調(diào)整模型中可固定部件，其從而能用于精確調(diào)整部件的位置和/或方位。
在2003年4月21日提交的、題目為“Methods of ReducingDiscontinuities Between Layers of Electrochemically FabricatedStructures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US026-A-MG)，通常用于指導(dǎo)多個提供用于從多個材料粘結(jié)層制造出三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造的方法和裝置的實施例，該方法和裝置包括用于減少相鄰層之間的轉(zhuǎn)換的不連續(xù)性的操作和結(jié)構(gòu)。一些實施例改進了生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)(特別是在與具有偏移邊緣的層相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中)與從表示三維結(jié)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)中得到的結(jié)構(gòu)的意料尺寸之間的一致性。一些實施例利用了選擇的和/或覆蓋化學(xué)的和/或電化學(xué)蝕刻工藝，或它們的組合工藝。一些實施例在形成單層期間利用了多步沉積或蝕刻操作。
在2003年5月7日提交的、題目為“EFAB With Selective TransferVia Instant Mask”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGenDocket NO.P-US029-A-MG)，通常關(guān)于三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)是通過在先前沉積的材料上穿過圖形化掩模中的空隙沉積第一材料而用電化學(xué)方式制造成的，其中該圖形化掩模至少臨時粘結(jié)到襯底或材料的先前形成層上，并經(jīng)由傳送工具而形成和圖形化到該襯底上，該傳送工具圖形化為能傳送先前掩模材料的所期望的圖形。在一些實施例中，在傳送到襯底之后，將先前的材料傳送進掩模材料，而在其它實施例中，在傳送期間或之前傳送前先前的材料。在一些實施例中，多層是在另一層的頂上形成一層以構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，掩模材料用作一種建造材料，而在其它實施例中，掩模材料被代替，每一層被一種不同的例如導(dǎo)電或介電材料所代替。
在2003年5月7日提交的、題目為“Three-Dimensional ObjectFormation Via Selective Inkjet Printing & Electrodeposition”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US030-A-MG)，通常關(guān)于三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)是通過在先前沉積的材料上穿過圖形化掩模中的空隙沉積第一材料而用電化學(xué)方式制造成的，其中該圖形化掩模至少臨時粘結(jié)到襯底或材料的先前形成層上，并直接從由計算機控制的分配設(shè)備(例如，噴墨嘴或陣列或噴出設(shè)備)選擇地分配的材料形成和圖形化。在一些實施例中，多層是在另一層的頂上形成一層以構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，掩模材料用作建造材料，而在其它實施例中，掩模材料被代替，每一層被一種不同的例如導(dǎo)電或介電材料所代替。
在2002年10月15日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forMaking High Aspect Ratio Microelectromechanical Structures”的美國專利申請第10/271,574號，通常關(guān)于本發(fā)明的展示用于經(jīng)由電化學(xué)噴出(ELEXTM)工藝形成結(jié)構(gòu)(例如，HARMS-類結(jié)構(gòu))的技術(shù)的多個實施例。優(yōu)選實施例經(jīng)由穿過無陽極的適形接觸掩模的沉積執(zhí)行該噴出工藝，該接觸掩模最初被壓靠在襯底上，當沉積變厚時該襯底然后被逐步推掉或分離。通過在掩模和襯底元件之間引入相對復(fù)雜的動作，沉積的圖形會在沉積的過程中變化。通過組合ELEXTM工藝、選擇的沉積、覆蓋沉積、平坦化、蝕刻和EFABTM的多層操作，可以形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
在2002年12月20日提交的、題目為“EFAB Methods of andApparatus Including Spray Metal or Powder Coating Processes”的美國專利申請第60/435,324號，通常關(guān)于本發(fā)明的展示用于經(jīng)由組合合并的電化學(xué)制造工藝和熱噴射工藝形成結(jié)構(gòu)的技術(shù)的多個實施例。在第一組實施例中，經(jīng)由適形接觸掩模處理進行選擇地沉積，且在覆蓋沉積中使用熱噴射以填充由選擇的沉積處理留下的空隙。在第二組實施例中，使用經(jīng)由適形接觸掩模處理的選擇性沉積，以在圖形中放置第一材料，該圖形與被金屬熱噴射占用的網(wǎng)絡(luò)圖形相似。在這些其它實施例中，覆蓋沉積第二材料，以填充在第一圖形中留下的空隙，將兩個沉積平坦化到稍微高過所期望的層厚度的共同水平面，去除第一材料(例如，通過蝕刻)，且將第三材料噴射進由蝕刻材料留下的空隙。將在第一和第二組實施例中得到的沉積平坦化到制備中所期望的層厚度，用于增加附加層以從多個粘結(jié)層形成三維結(jié)構(gòu)。在其它實施例中，可以使用附加的材料和不同的工藝處理。
在2002年11月26日提交的、題目為“Multi-cell Masks and Methodsand Apparatus for Using Such Masks to Form Three-dimensionalStructures”的美國專利申請第60/429,483號，通常關(guān)于經(jīng)由在多個重疊層和粘結(jié)層中沉積一種或多種材料而用電化學(xué)方式制造成的多層結(jié)構(gòu)。經(jīng)由多元可控掩模獲得了選擇性沉積。另一選擇為，經(jīng)由覆蓋沉積和經(jīng)由多元掩模的選擇性去除材料，獲得網(wǎng)絡(luò)選擇性沉積。掩模的各個單元可包括含有可沉積的材料的電極或能從襯底接收蝕刻掉的材料的電極。另一選擇為，各個單元可包括允許或禁止離子在襯底和外部電極之間流動的通道，且其包括能用于選擇地允許或禁止離子流動和由此禁止明顯的沉積或蝕刻的電極或控制元件。
在2002年11月26日提交的、題目為“Non-Conformable Masks andMethods and Apparatus for Forming Three-dimensional Structures”的美國專利申請第60/429,484號，通常關(guān)于從多個重疊層和粘結(jié)層形成多層結(jié)構(gòu)(例如，器件)的電化學(xué)制造。通常使用獨立于在其上操作的襯底的掩模以實現(xiàn)選擇性圖形化。這些掩模允許在襯底上選擇地沉積材料或它們允許選擇地蝕刻襯底，其中用一種選定的材料填充產(chǎn)生的空隙之后，將其平坦化以有效地獲得對選定的材料的選擇性沉積?？梢杂靡环N接觸的方式或接近的方式使用掩模。在接觸的方式中，掩模和襯底物理地相配以形成基本獨立的處理穴(pocket)。在接近的方式中，掩模和襯底充分靠近以允許形成適當獨立的處理穴(pocket)。在一些實施例中，掩?？删哂羞m形接觸表面(即，具有足夠的變形的面，該變形能與襯底的表面基本一致以用其形成密封)或它們可具有半剛性或甚至剛性表面?？蓤?zhí)行后沉積蝕刻操作以去除快速沉積物(薄的不需要的沉積物)。
在2002年12月3日提交的、題目為“Miniature RF and MicrowaveComponents and Methods for Fabricating Such Components”的美國專利申請第10/309,521號，通常關(guān)于指揮或控制部件的RF和微波輻射，這些部件設(shè)置為單片集成電路，可由多個電沉積操作和/或多個材料沉積層形成，可以包括開關(guān)、電感、天線、傳輸線、濾波器和/或其它有源或無源部件。部件可包括非輻射入口和非輻射出口通道，其對從結(jié)構(gòu)材料上分離犧牲材料是有用的。優(yōu)選的形成處理使用電化學(xué)制造技術(shù)(例如，包括選擇性沉積，整塊沉積、蝕刻操作和平坦化操作)和后沉積工藝(例如，選擇性蝕刻操作和/或后填充操作)。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods for FabricatingThree-Dimensional Structures Including Surface Treatment of a FirstMaterial in Preparation for Deposition of a Second Material”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US049-A-MG)，通常關(guān)于一種由至少第一和第二材料的多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的方法，其中第一材料是導(dǎo)電材料，且其中多個層的每一層包括在沉積第二材料之前處理第一材料的表面。對第一材料的表面的處理或者(1)降低了將第二材料沉積到第一材料上的敏感性，或者(2)易于或迅速去除沉積在已處理的第一材料的表面上任意第二材料。在一些實施例中，對第一表面的處理包括在通過電沉積工藝(例如，電鍍或電泳工藝)進行沉積第二材料的同時在表面上形成介電覆蓋物。
在2003年3月13日提交的、題目為“Electrochemical FabricationMethod And Apparatus for Producing Three-Dimensional StructuresHaving Improved Surface Finish”的美國專利申請第10/387,958號，通常關(guān)于由多個沉積材料層制造三維結(jié)構(gòu)(例如，部件或器件)的電化學(xué)制造工藝，其中通過去除材料或規(guī)定沉積材料的選定表面的操作產(chǎn)生形成一些層的至少一些部分。在一些實施例中，去除或規(guī)定操作在各層或在一層的不同部分之間變化，以得到不同的表面質(zhì)量。在其它實施例中，可以不用變化去除或規(guī)定操作而獲得變化的表面質(zhì)量，但通過依靠去除或規(guī)定操作和由這些操作所使用的不同材料之間的不同交叉而代替。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods and Apparatus forMonitoring Deposition Quality During Conformable Contact Mask PlatingOperations”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US057-A-SC)，通常關(guān)于一種電化學(xué)制造(例如，EFAB)工藝和裝置，其公開為在選擇性沉積期間設(shè)置監(jiān)測至少一個電參數(shù)(例如，電壓)，其中用監(jiān)測的參數(shù)幫助確定形成的沉積質(zhì)量。如果監(jiān)測參數(shù)表示在沉積中發(fā)生了問題，可執(zhí)行多個補救操作，以成功地完全形成該結(jié)構(gòu)。
在2003年5月7日提交的、題目為“Conformable Contract MaskingMethods with and Apparatus Utilizing in Situ Cathodic Activation of aSubstrate”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US059-A-SC)，通常關(guān)于一種電鍍工藝(例如，適形接觸掩模電鍍和電化學(xué)制造工藝)，該工藝包括表面上的在位反應(yīng)(situ activation)，將說明在該表面上進行的沉積。至少一種要被沉積的材料具有高于開電路電壓的有效沉積電壓，且其中能將沉積控制參數(shù)設(shè)置為這樣的值能將電壓控制為處于有效沉積電壓和開電路電壓之間的值，以使沒有明顯的沉積發(fā)生，但能發(fā)生襯底的至少一部分的表面反應(yīng)。在經(jīng)由電鍍液在包括該至少一種材料的陽極和襯底之間建立電接觸之后，加載電壓或電流以激活表面而沒有明顯的沉積發(fā)生，且此后不切斷電接觸，使沉積發(fā)生。
在2003年5月7日提交的、題目為“Electrochemical FabricationMethods with Enhanced Post Deposition Processing”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US060-A-SC)，通常關(guān)于一種由多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的方法，該多個粘結(jié)層設(shè)置為每層包括至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)和至少一種犧牲材料(例如，銅)，在完全形成所有的層之后，將從結(jié)構(gòu)材料上蝕刻掉該犧牲材料。包含亞氯酸鹽(例如，Ethone C-38)的銅蝕刻劑與侵蝕抑制劑(例如，硝酸鈉)相結(jié)合，以防止在去除犧牲材料期間使結(jié)構(gòu)材料起凹點。一種簡單的用于烘干蝕刻結(jié)構(gòu)而不會引起表面粘在一起的烘干工藝，包括在蝕刻后在水中浸潤該結(jié)構(gòu)，然后在酒精中浸潤，然后將該結(jié)構(gòu)放進烘干爐中烘干。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forForming Three-Dimensional Structures Integral with Semiconductor Basecircuitry”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen DocketNO.P-US061-A-MG)，通常關(guān)于一種改進的能使用作為襯底的半導(dǎo)體基底電路形成三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝。該結(jié)構(gòu)的電功能部分由粘結(jié)到電路的接觸焊盤上的結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)形成。通過利用適當?shù)钠琳蠈颖Ｗo鋁接觸焊盤和硅結(jié)構(gòu)不受到銅擴散的破壞。在一些實施例中，經(jīng)由使用無電的鎳電鍍的焊接劑塊形成技術(shù)而將鎳加到鋁接觸焊盤上。在其它實施例中，使用選擇的無電的銅電鍍或直接金屬化直接在介電無源層上電鍍犧牲材料。在其它實施例中，屏蔽結(jié)構(gòu)材料的沉積位置，然后沉積犧牲材料，去除屏蔽罩，然后沉積結(jié)構(gòu)材料。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forMolding Structures Using Sacrificial Metal Patterns”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US064-A-MG)，通常關(guān)于模型結(jié)構(gòu)，用于生產(chǎn)模型結(jié)構(gòu)的方法和裝置。模型的至少一部分表面特征是從多層電化學(xué)制造結(jié)構(gòu)(例如，由EFABTM形成工藝制造)形成的，一般包括具有位于1微米至100微米范圍內(nèi)的分辨率的特征。如有必要，分層結(jié)構(gòu)與其它模型部件結(jié)合，將模型材料注射進該模型并硬化。該分層結(jié)構(gòu)與任意的其它模型部件一起被去除(例如，通過蝕刻)，以獲得模型制品。在一些實施例中，分層結(jié)構(gòu)的多個部分保持在模型制品中，且在其它實施例中，在部分或完全去除分層結(jié)構(gòu)之后，附加了另外一種模型材料。
在2003年5月7日提交的、題目為“Electrochemically FabricatedStructures Having Dielectric or Active Bases and Methods of andApparatus for Producing Such Structures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US065-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)是在臨時(例如，導(dǎo)電)襯底上以電化學(xué)方式制造的，此后與永久(例如，介電的、圖形化的、多材料的或其它功能的)襯底結(jié)合，并去除臨時襯底。在一些實施例中，從頂層到底層形成結(jié)構(gòu)，以使結(jié)構(gòu)的底層粘結(jié)到永久襯底上，而在其它實施例中，從底層到頂層形成結(jié)構(gòu)，然后進行雙襯底交換。永久襯底可以是與分層結(jié)構(gòu)結(jié)合(例如，通過粘結(jié))的固體，或者其可如可流動的材料一樣起動，該可流動的材料與結(jié)構(gòu)的一部分相鄰或部分圍繞結(jié)構(gòu)的一部分而凝固，在凝固期間進行結(jié)合。在粘結(jié)到永久襯底之前可以從犧牲材料上釋放多層結(jié)構(gòu)，或可在粘結(jié)之后將其去除。
在2003年5月7日提交的、題目為“Electrochemically FabricatedHermetically Sealed Microstructures and Methods of and Apparatus forProducing Such Structures”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US066-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)是由至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，鎳)、至少一種犧牲材料(例如，銅)和至少一種密封材料(例如，焊接劑)以電化學(xué)方式制成的。在一些實施例中，使多層結(jié)構(gòu)具有所期望的結(jié)構(gòu)，其至少部分地和緊挨著被犧牲材料包圍，犧牲材料依次幾乎全部被結(jié)構(gòu)材料包圍。包圍的結(jié)構(gòu)材料包括位于表面中的開口，蝕刻劑穿過開口能侵蝕和去除在其中發(fā)現(xiàn)的陷獲的犧牲材料。密封材料位于開口附近。在去除了犧牲材料之后，該盒被排空或用所期望的氣體或液體來填充。因此，使密封材料流動，密封開口，并重新凝固。在其它實施例中，加上后層形成的蓋子或其它屏蔽。
在2003年5月7日提交的、題目為“Methods of and Apparatus forElectrochemically Fabricated Structures Via Interlaced Layers or ViaSelective Etching and Filling of Viods”的美國專利申請第**/***,***號(對應(yīng)于MEMGen Docket NO.P-US068-A-MG)，通常關(guān)于多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)是這樣以電化學(xué)的方式制造出來的通過沉積第一材料、選擇地蝕刻第一材料(例如，經(jīng)過掩模)、沉積第二材料以填充由蝕刻產(chǎn)生的空隙、然后平坦化該沉積物以使結(jié)合正在生成的層，且此后將另外的層加到先前形成的層上。第一和第二沉積可以是覆蓋或可選擇的類型?？捎凶兓?例如，變化為圖形；與沉積、蝕刻、和/或平坦化操作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的數(shù)目或存在；操作的順序，或沉積的材料)或沒有變化地重復(fù)用于形成連續(xù)層的形成工藝。其它實施例使用與一些層相關(guān)聯(lián)的沉積材料和與其它層相關(guān)聯(lián)的沉積材料相交織的操作而形成了多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還有多個其它實施例。這些實施例中的一些可基于在此以參考方式合并于此的多個教導(dǎo)的教導(dǎo)組合。一些實施例可以沒有使用任何覆蓋沉積工藝和/或它們沒有使用平坦化工藝。一些實施例可包括在單個層或不同層上選擇地沉積多種不同的材料。一些實施例可以使用不是電沉積工藝的覆蓋沉積工藝。一些實施例可以使用不是接觸掩模工藝的、且甚至不是電沉積工藝的選擇性沉積工藝。一些實施例可以使用鎳作為結(jié)構(gòu)材料而其它實施例可以使用不同的材料，如金、銀、或其它任意的能與銅和/或一些其它犧牲材料分離開的可電沉積的材料。一些實施例可以使用銅作為犧牲材料，而其它實施例可以使用銀或其它材料。一些使用鎳作為結(jié)構(gòu)材料和使用銅作為犧牲材料的實施例，可以被使用一種氯酸鈉和氫氧化銨基蝕刻劑，如由NEW Haven CT的Entone-OMI出售的Enstip C-38，選擇地蝕刻。這種蝕刻劑能以稀釋的形式使用或甚至具有加入的如腐蝕抑制劑(例如，硝酸鈉)的成分，以進一步改進該工藝的可選擇性?？偠灾?，本發(fā)明其中的教導(dǎo)、另外的很多實施例、設(shè)計和使用的可選方式對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是易于理解的。因此，并非將本發(fā)明局限于上述特別解釋的實施例、可選方式和使用方法，而替代地，本發(fā)明由此后所顯示的權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種用于從多個粘結(jié)層制造多層三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)通過在襯底上沉積至少一種犧牲材料和至少一種結(jié)構(gòu)材料而形成一層，其中襯底包括先前沉積的層，且其中沉積多種材料的至少一種包括電沉積操作；(B)重復(fù)(A)一次或多次，以形成多個層，且使連續(xù)的層緊鄰和粘結(jié)先前的層而形成；(C)執(zhí)行第一蝕刻操作以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少第一部分；及(D)執(zhí)行與第一蝕刻操作不同的第二蝕刻操作，以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，另外包括(E)提供多個執(zhí)行掩模，其中每個掩模包括圖形化的介電材料，其包括至少一個開口，在形成一層的至少一部分期間穿過該開口能進行沉積，且其中每個掩模包括支承該圖形化介電材料的支承結(jié)構(gòu)；其中至少多個選擇性的沉積操作包括(1)接觸襯底和選擇的執(zhí)行掩模的介電材料；(2)提供電鍍液，引導(dǎo)電流穿過位于陽極和襯底之間的選擇的掩模中的至少一個開口，因此在襯底上沉積選擇的沉積材料，以形成一層的至少一部分；及(3)從襯底分離該選擇的執(zhí)行掩模。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中多個選擇性的沉積操作包括(1)在襯底的表面上設(shè)置粘結(jié)的圖形化掩模，其中該掩模包括至少一個開口；(2)提供電鍍液，引導(dǎo)電流穿過位于陽極和襯底之間的粘結(jié)掩模中的至少一個開口，因此在襯底上沉積選擇的沉積材料，以形成一層的至少一部分；及(3)從襯底分離該掩模。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中第一蝕刻操作包括使用至少第一蝕刻劑和第一組蝕刻參數(shù)，且其中第二蝕刻操作包括使用至少第二蝕刻劑和第二組蝕刻參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其中第一和第二蝕刻劑彼此不同。
6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其中第一蝕刻劑選擇性地侵蝕形成多層結(jié)構(gòu)的多種材料的一種，而基本上與形成多層結(jié)構(gòu)的其它材料不發(fā)生反應(yīng)。
7.如權(quán)利要求4所述的工藝，其中第一組蝕刻參數(shù)與第二組蝕刻參數(shù)彼此不同。
8.如權(quán)利要求4所述的工藝，其中第一和第二蝕刻操作被插入的操作分離開。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中第一蝕刻操作去除第一材料，而第二蝕刻操作去除與第一材料不同的第二材料。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中第一蝕刻操作結(jié)束于硬停止。
11.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中三維結(jié)構(gòu)被一種材料保護而不受第一蝕刻劑和蝕刻操作的影響，該材料基本上包圍該結(jié)構(gòu)，其受第一蝕刻劑的侵蝕不明顯。
12.一種用于從多個粘結(jié)層制造三維結(jié)構(gòu)的電化學(xué)制造工藝，該工藝包括(A)通過在襯底上沉積至少一種犧牲材料和至少一種結(jié)構(gòu)材料而形成一層，其中襯底包括先前沉積的層，且其中沉積多種材料的至少一種包括電沉積操作；(B)重復(fù)(A)一次或多次，以形成多個層，且使連續(xù)的層緊鄰和粘結(jié)先前的層而形成；(C)執(zhí)行第一蝕刻操作以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少第一部分；(D)在執(zhí)行第一蝕刻操作之后，執(zhí)行插入操作；及(E)在插入操作之后，執(zhí)行第二蝕刻操作，以從多個層或從襯底去除至少一種材料的至少一部分。
13.如權(quán)利要求12所述的工藝，另外包括(F)提供多個執(zhí)行掩模，其中每個掩模包括圖形化的介電材料，其包括至少一個開口，在形成一層的至少一部分期間穿過該開口能進行沉積，且其中每個掩模包括支承該圖形化介電材料的支承結(jié)構(gòu)；其中至少多個選擇性的沉積操作包括(1)接觸襯底和選擇的執(zhí)行掩模的介電材料；(2)提供電鍍液，引導(dǎo)電流穿過位于陽極和襯底之間的選擇的掩模中的至少一個開口，因此在襯底上沉積選擇的沉積材料，以形成一層的至少一部分；及(3)從襯底分離該選擇的執(zhí)行掩模。
14.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中多個選擇性的沉積操作包括(1)在襯底的表面上設(shè)置粘結(jié)的圖形化掩模，其中該掩模包括至少一個開口；(2)提供電鍍液，引導(dǎo)電流穿過位于陽極和襯底之間的粘結(jié)掩模中的至少一個開口，因此在襯底上沉積選擇的沉積材料，以形成一層的至少一部分；及(3)從襯底分離該掩模。
15.如權(quán)利要求14所述的工藝，其中第一蝕刻操作包括使用至少第一蝕刻劑和第一組蝕刻參數(shù)，且其中第二蝕刻操作包括使用至少第二蝕刻劑和第二組蝕刻參數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的工藝，其中第一和第二蝕刻劑彼此不同。
17.如權(quán)利要求16所述的工藝，其中第一蝕刻劑選擇性地侵蝕形成多層結(jié)構(gòu)的多種材料的一種，而基本上與形成多層結(jié)構(gòu)的其它材料不發(fā)生反應(yīng)。
18.如權(quán)利要求17所述的工藝，其中結(jié)構(gòu)材料的至少一種包括鎳，犧牲材料的至少一種包括銅，且其中第一蝕刻劑基本上選擇為銅，而且基本上不與鎳起反應(yīng)。
19.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中插入操作是從被第一蝕刻操作蝕刻的至少一個表面去除蝕刻劑的操作。
20.如權(quán)利要求19所述的工藝，其中第二蝕刻操作所使用的蝕刻劑與第一蝕刻操作所使用的相同，且其中第二蝕刻操作繼續(xù)在被第一蝕刻操作蝕刻的至少一個表面的至少一部分上操作。
21.如權(quán)利要求20所述的工藝，其中該工藝另外包括(F)至少一個在第二蝕刻操作之后執(zhí)行的第二插入操作；及(G)至少一個在第二插入操作之后執(zhí)行的第三蝕刻操作。
22.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中插入操作去除蝕刻屏障，該蝕刻屏障在第一蝕刻操作期間保護多層結(jié)構(gòu)或襯底的至少一部分。
23.如權(quán)利要求22所述的工藝，其中第二蝕刻操作用于去除位于先前保護的表面周圍的材料。
24.如權(quán)利要求22所述的工藝，其中通過使用平坦化操作至少部分地進行去除該蝕刻屏障。
25.如權(quán)利要求23所述的工藝，其中在該蝕刻屏障保護多層結(jié)構(gòu)的至少一部分的同時，第一蝕刻操作去除犧牲材料的至少一部分，該犧牲材料位于通道中、或被印壓在襯底上或被印壓在襯底中。
26.如權(quán)利要求25所述的工藝，其中第二蝕刻操作侵蝕形成多個層的一部分的犧牲材料。
27.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中形成多個層包括形成所期望的結(jié)構(gòu)和至少一個臨時蝕刻屏障，該至少一個臨時蝕刻屏障被粘結(jié)到襯底上或粘結(jié)到位于至少一層上的結(jié)構(gòu)材料上。
28.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中形成多個層包括形成所期望的結(jié)構(gòu)和至少一個臨時蝕刻屏障，該至少一個臨時蝕刻屏障僅粘結(jié)到犧牲材料上。
29.如權(quán)利要求28所述的工藝，其中在已經(jīng)去除了包圍數(shù)量的犧牲材料之后，臨時的屏障離開所期望的結(jié)構(gòu)。
30.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中插入操作包括根據(jù)蝕刻劑或重力重新適應(yīng)該結(jié)構(gòu)。
全文摘要
多層結(jié)構(gòu)是由至少一種結(jié)構(gòu)材料(例如，銅)和至少一種犧牲材料(例如，銅)電化學(xué)制造而成的，該至少一種結(jié)構(gòu)材料構(gòu)造為定義所期望的結(jié)構(gòu)，且粘結(jié)到襯底上，該至少一種犧牲材料包圍該所期望的結(jié)構(gòu)。在形成該結(jié)構(gòu)之后，通過多階段蝕刻操作去除犧牲材料。在一些實施例中，要被去除的犧牲材料可以位于通道等中，或位于襯底上或位于附加的部件中。多階段蝕刻操作可被清潔操作或屏障材料去除操作等分離開。通過與結(jié)構(gòu)材料或襯底相接觸可適當?shù)毓潭ǘ鄠€屏障，或通過犧牲材料適當?shù)貑为毠潭ㄋ鼈?，因此在去除了所有剩余的犧牲材料之后能自由地去除它們?br> 文檔編號B81B3/00GK1665964SQ03816039
公開日2005年9月7日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者A·L·科恩, M·S·洛卡德, D·S·麥克弗森 申請人:微制造公司